decaimento radioativo
os núcleos da maioria dos átomos do dia são estáveis-isto é, eles não mudam ao longo do tempo. Esta afirmação é um pouco enganadora, no entanto, porque os núcleos que não são estáveis geralmente não duram muito tempo e, portanto, tendem a não fazer parte da experiência cotidiana. Na verdade, a maioria dos isótopos conhecidos dos núcleos não são estáveis; em vez disso, eles passam por um processo chamado decaimento radioativo, que muitas vezes muda a identidade do átomo original.
no decaimento radioactivo, um núcleo permanecerá inalterado durante algum período imprevisível e emitirá então uma partícula ou fóton de alta velocidade, após o que um núcleo diferente terá substituído o original. Cada isótopo instável decai a uma taxa diferente, ou seja, cada um tem uma probabilidade diferente de decaimento dentro de um determinado período de tempo (ver constante de decaimento). Uma coleção de núcleos instáveis idênticos não decaem todos ao mesmo tempo. Em vez disso, como pipocas estalando em uma panela, eles vão decair individualmente ao longo de um período de tempo. O tempo que leva para metade da amostra original para decaimento é chamado de semi-vida do isótopo. As semi-vidas de isótopos conhecidos variam de microssegundos a bilhões de anos. O urânio-238 (238U) tem uma meia-vida de cerca de 4,5 bilhões de anos, que é aproximadamente o tempo que decorreu desde a formação do sistema solar. Assim, a terra tem cerca de metade dos 238U que tinha quando foi formada.
existem três tipos diferentes de decaimento radioactivo. No final do século XIX, quando a radiação ainda era misteriosa, estas formas de decaimento foram denotadas alfa, beta e gama. No decaimento alfa, um núcleo ejeta dois prótons e dois nêutrons, todos presos no que é chamado de partícula alfa (mais tarde descoberto ser idêntico ao núcleo de um átomo de hélio normal). A filha, ou decadente, núcleo terá dois protões a menos e dois neutrões a menos do que o original e, portanto, será o núcleo de um elemento químico diferente. Uma vez que os elétrons se reorganizaram (e os dois elétrons em excesso se afastaram), o átomo, de fato, mudou de identidade.
no decaimento beta, um dos neutrões do núcleo transforma-se num próton, um electrão em movimento rápido e uma partícula chamada neutrino. Esta emissão de elétrons rápidos é chamada de radiação beta. O núcleo da filha tem menos um nêutron e mais um próton do que o original e, portanto, novamente, é um elemento químico diferente.
no decaimento gama um próton ou nêutron faz um salto quântico de uma órbita mais alta para uma menor, emitindo um fóton de alta energia no processo. Neste caso, a identidade química do núcleo da filha é a mesma que o original.
quando um núcleo radioactivo decai, acontece frequentemente que o núcleo da filha também é radioactivo. Esta filha vai decair por sua vez, e o núcleo da filha dessa decaimento pode ser radioativo também. Assim, uma coleção de átomos idênticos pode, ao longo do tempo, ser transformada em uma mistura de muitos tipos de átomos por causa de decaimentos sucessivos. Tais decaimentos continuarão até que os núcleos de filhas estáveis sejam produzidos. Este processo, chamado de cadeia de decadência, opera em toda parte na natureza. Por exemplo, o urânio-238 decai com uma semi-vida de 4.5 bilhões de anos em tório-234, que decai em 24 dias em protactínio-234, que também decai. Este processo continua até chegar ao lead-206, que é estável (ver Data de urânio-tório-chumbo). Elementos perigosos como o rádio e o radão são continuamente produzidos na crosta terrestre como passos intermediários em cadeias de decaimento.